Группа исследователей из Университета Янгстауна в штате Огайо разработала оригинальный способ получения энергии с помощью вертикальных ветряных турбин, размещенных вдоль автомобильных дорог. В отличие от традиционных ветрогенераторов, работающих за счет природных воздушных потоков, в данной концепции источником энергии служит ветер, создаваемый движущимися автомобилями.
Суть идеи американских исследователей состоит в установке вертикальных осевых турбин на обочинах или в разделительных полосах автомагистралей, вблизи плотного и устойчивого потока транспорта. Для повышения эффективности работы таких турбин учёные предложили использовать аэродинамические направляющие — специальные обтекатели, формирующие и направляющие воздушный поток. Эти элементы усиливают воздействие воздуха на ту лопасть, которая движется по направлению потока, и одновременно снижают сопротивление на противоположной стороне, где лопасть вращается против него. Такой принцип позволяет улучшить распределение аэродинамической нагрузки, увеличить крутящий момент и, как следствие, существенно повысить объем вырабатываемой электроэнергии.
Выбор в пользу вертикальных турбин исследователи обосновали их конструктивными преимуществами: в отличие от горизонтальных установок, которым необходимо ориентироваться по направлению ветра, вертикальные турбины способны эффективно улавливать воздушные потоки с любой стороны. Такие турбины компактны, удобны в обслуживании, а все механически активные узлы находятся близко к земле, что делает их безопасными и подходящими для установки рядом с транспортной инфраструктурой.
Работа турбин изучалась с применением методов вычислительной гидродинамики. На первом этапе были смоделированы различные сценарии движения транспорта — от легковых автомобилей до автобусов, движущихся со скоростью порядка 115 км/ч. Далее внимание было сосредоточено на конфигурации и размещении аэродинамических направляющих относительно турбины. В ходе моделирования рассматривались три варианта: без направляющих, с двумя и с тремя обтекателями. Расчеты проводились в нестационарном режиме, что позволило отследить динамику воздушного потока и выработки энергии на всех этапах прохождения транспортного средства мимо турбины.
Оценка вырабатываемой энергии проводилась путем интеграции крутящего момента турбины по времени с учетом ее угловой скорости вращения. То есть исследователи определяли, с какой силой и как долго воздушный поток воздействует на лопасти, а затем рассчитывали, сколько энергии турбина успевает выработать за один проезд транспортного средства. Такой метод позволил точно зафиксировать кратковременные, но весьма интенсивные пики генерации, возникающие при проезде автомобилей.
Результаты оказались впечатляющими. В базовой конфигурации, без направляющих, турбина вырабатывала около 37 джоулей энергии за один проезд автомобиля. С двумя направляющими этот показатель возрастал до 58 джоулей, а с тремя — до 127 джоулей, что соответствует росту более чем на 240%. Существенное влияние оказывали и габариты транспортного средства: в случае с автобусом, создающим более мощный и объемный воздушный поток, выработка энергии оказывалась заметно выше.
Таким образом исследование продемонстрировало, что кинетическая энергия от движения автотранспорта, представляет собой реальный и недооцененный источник энергии. При использовании вертикальных ветряных турбин с направляющими элементами этот ресурс может быть эффективно преобразован в электричество, и полученную энергию можно использовать для питания уличного освещения, дорожных датчиков, камер наблюдения или зарядных станций без подключения к внешним сетям.
